在煉金術之後:諾貝爾化學獎獲得者100年圖說:全彩視圖本

第61章 1962年度 馬克斯·費迪南德·佩魯茨 約翰·考德裏·肯德魯

　　因測定出蛋白質的精細結構而榮獲1962年諾貝爾化學獎

　　馬克斯·費迪南德·佩魯茨

　　馬克斯·費迪南德·佩魯茨（英國，1914～2002年），1914年5月19日生於奧地利維也納。1936年畢業於維也納大學後，準備赴劍橋大學師從於霍普金斯（因發現維生素而獲得1929年諾貝爾生理學醫學獎）攻讀生理學。在霍奇金（1964年諾貝爾化學獎獲得者）的引導下，佩魯茨改而從事蛋白質的X射線研究，並於1940年獲劍橋大學生物化學博士學位，畢業後留任劍橋。數月後，佩魯茨被英當局作為“敵國僑民”拘留於加拿大。在各方努力下，佩魯茨於1941年獲釋重返牛津並執教於此，直至退休。

　　1937年，佩魯茨在劍橋開始從事確定血紅蛋白構造的研究，雖然當時落後的手搖式計算機即便是對小分子的X射線衍射圖形作結晶分析也需要幾個月時間，要測量血紅蛋白（血紅蛋白分子的大小是當時已知分子的100倍以上）這樣的大分子幾乎不可能，但他麵對困難沒有退縮。佩魯茨與同事肯德魯共同開發了重原子或同晶替換技術（即將重金屬原子結合到所研究的分子中，以改變其衍射構型，從而較容易地計算出分子中原子的位置）。蛋白質由氨基酸構成並折疊成複雜的空間構型，這些形狀可從由X射線衍射蛋白質晶體形成的圖形推導出來。佩魯茨在溶液中培植取自馬的血紅蛋白晶體，並用X射線照射溶液。X射線照射到晶體時形成散射，並在溶液後麵的照相底板上形成點陣衍射圖像。為了得到更有價值的圖像，他在血紅蛋白中加入有機汞來改變衍射圖像，從而得到更多分子不同部位的衍射圖像以便分析。重原子同晶替換技術的應用大大減輕了研究者在研究執行過程中無價值的體力消耗，它為研究蛋白質分子的結構提供了更為便捷的方法。

　　經過20多年的努力，佩魯茨與肯德魯終於在1959年測定出肌紅蛋白立體結構圖，次年獲得血紅蛋白分子立體結構圖並製造出其三維立體結構模型。血紅蛋白由四個鏈組成，每一鏈都與氧氣黏合，血紅蛋白與氧氣發生作用時會發生變形。他與肯德魯也因此先於導師霍奇金兩年榮獲1962年諾貝爾化學獎。

　　佩魯茨原本可能沒有這麽快獲得諾貝爾獎，因為他最開始並沒有打算進入這一研究領域。他從維也納大學畢業後，原打算去英國劍橋大學隨霍普金斯學生理學，但原維也納大學的導師霍奇金力推他去維也納大學從事X射線研究。當時佩魯茨對X射線的確是個門外漢，但霍奇金認為他的天賦一定會讓他成功。佩魯茨的成功並不是霍奇金獨具慧眼，天賦和勤奮互補才是成功的關鍵所在。

　　約翰·考德裏·肯德魯

　　約翰·考德裏·肯德魯（英國，1917～1997年），生物化學家和分子生物學家。1957年，他首先確定了多肽鏈在肌紅蛋白分子中的空間排列順序。1959年，他闡明了肌紅蛋白分子的詳細結構，從而證實了美國化學家鮑林（1954年諾貝爾化學獎獲得者）關於纖維狀蛋白質分子中存在M螺旋體模型的設想。為此，肯德魯及其同事馬克斯·費迪南德·佩魯茨分享了1962年諾貝爾化學獎。

　　肯德魯很早就參與了由佩魯茨主持的分子生物學實驗室的工作，在此開始了他研究蛋白質結構問題的科學生涯。蛋白質的測定工作前後曆時近半個世紀，至此才獲得比較圓滿的解決。這不僅是因為蛋白質分子量龐大，更重要的是由於蛋白質分子中原子間的結合方式和空間分布排列情況極其複雜，一般的化學分析方法和常規的儀器難以解決其結構問題。直到許多新的現代化技術和高度精密的儀器問世，才逐步得以解決。

　　肯德魯和佩魯茨在試圖測出蛋白質分子更精密結構的過程中，找到一種“重原子滲入”技術，即把重金屬如金、水銀等金屬的單個原子加進蛋白質的分子中，再進行X射線衍射的分析測驗。這極大提高衍射效率，從而獲得比較清晰的空間結構圖。之後，再由電子計算機運算，最終獲得了球蛋白分子的精確三維空間結構圖像。

　　1960年，通過測定鯨肌蛋白的精細空間結構和馬血紅蛋白的空間精細結構，肯德魯指出，在組成蛋白質分子肽鏈的螺旋區與非螺旋區之間還存在有三維空間的不同的排列方式。這類排列方式的原理是：由於二硫鍵的作用，使得兩條相互分離的肽鏈，或同一條肽鏈中兩個相鄰部位進一步連接。這種結合方式高度專一，各種不同的蛋白質分子都是在不同階段和不同層次上先後被揭示出來的。因此，繼蛋白質分子的“一級結構”、“二級結構”之後，肯德魯和佩魯茨稱他們所測定的螺旋體和散開的肽鏈在球蛋白分子中盤來扭去的結合方式為蛋白分子的“三級結構”。

　　肯德魯和佩魯茨的出色成就為廣泛測定和合成各種蛋白質以及其他生物大分子奠定了基礎，對發展生物化學和分子生物學做出了貢獻。由於他們完成了對蛋白質精細結構的測定，1962年，二人共同獲得諾貝爾化學獎。